Vật liệu mới có thể chế tạo như nhựa, nhưng lại có tính dẫn điện như kim loại

Các nhà khoa học của Đại học Chicago Mỹ phát minh ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu có thể được chế tạo như nhựa, nhưng dẫn điện tương tự như kim loại.

 Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Công trình nghiên cứu của nhóm nhà khoa học đã tìm ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu mà cấu trúc là các mảnh phân tử lộn xộn và rối loạn, nhưng vẫn có thể dẫn điện rất tốt. Kết quả nghiên cứu được đăng trong một báo cáo khoa học, xuất bản ngày 26/10 trên tạp chí Nature.

Phát hiện này đi ngược lại tất cả các quy tắc về độ dẫn điện, đối với một nhà khoa học, điều này tương tự như việc một chiếc ô tô đang lái trên mặt nước mà vẫn đi được 70 dặm/giờ. Nhưng phát hiện cũng có thể chứng minh là cực kỳ hữu ích. Thông thường, trên hành trình phát minh một vấn đề mang tính cách mạng, quá trình đầu tiên bắt đầu bằng việc khám phá ra một vật liệu hoàn toàn mới.

John Anderson, PGS hóa học tại Đại học Chicago, tác giả cao cấp của công trình nghiên cứu nói: “Về nguyên tắc, phát hiện này mở ra khả năng thiết kế một loại vật liệu hoàn toàn mới dẫn điện, dễ tạo hình và rất bền trong các điều kiện hoạt động hàng ngày.”

“Kết quả của công trình nghiên cứu gợi ý những khả năng mới cho một nhóm vật liệu công nghệ cực kỳ quan trọng,” TS Jiaze Xie tại Princeton, tác giả chính của báo cáo khoa học cho biết.

Không có một lý thuyết vững chắc nào giải thích kết quả này

Trong quá trình sản xuất bất kỳ loại thiết bị điện tử nào, dù đó là iPhone, bảng điều khiển năng lượng mặt trời hay tivi, vấn đề đặt ra đầu tiên là vật liệu dẫn điện. Kim loại như đồng, vàng, nhôm cho đến nay là nhóm chất dẫn điện lâu đời nhất và có nhiều nhất. Khoảng 50 năm trước, các nhà khoa học chế tạo những chất dẫn điện làm từ vật liệu hữu cơ, sử dụng phương pháp xử lý hóa học được gọi là “pha tạp”, rắc các nguyên tử hoặc “tạp chất” khác nhau lên khắp vật liệu. Những vật liệu này linh hoạt hơn và dễ gia công hơn các kim loại thông thường, ưu thế này khiến vật liệu tổng hợp rất hấp dẫn, nhưng có nhược điểm là không ổn định, có thể mất tính dẫn điện nếu tiếp xúc với độ ẩm hoặc nếu nhiệt độ tăng quá cao.

Về nguyên tắc, cả dây dẫn điện kim loại truyền thống và hữu cơ đều có chung một đặc điểm. Cấu trúc vật liệu được tạo thành từ các lớp nguyên tử hoặc phân tử thẳng hàng, xếp khít nhau. Cấu trúc này cho phép các electron dễ dàng di chuyển qua vật liệu tương tự như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Các nhà khoa học cho rằng, vật liệu phải có những hàng thẳng hàng, chỉ có trật tự này mới khiến vật liệu dẫn điện hiệu quả.

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Trong nghiên cứu, TS Xie bắt đầu thử nghiệm với một số vật liệu được phát hiện từ nhiều năm trước, nhưng phần lớn bị bỏ qua. Ông xâu chuỗi các nguyên tử niken giống như ngọc trai thành một sợi dây xuyên qua các hạt phân tử làm từ cacbon và lưu huỳnh và bắt đầu thử nghiệm.

Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, vật liệu này dẫn điện dễ dàng và mạnh mẽ. Đồng thời vật liệu rất ổn định. “Chúng tôi đã đốt nóng, làm lạnh, cho tiếp xúc với không khí và độ ẩm, thậm chí nhỏ axit và bazơ vào nhưng không có gì xảy ra,” Xie nói. Điều đó vô cùng quan trọng đối với một thiết bị, hoạt động trong môi trường thực tế.

Nhưng điều đáng chú ý nhất đối với các nhà khoa học là cấu trúc phân tử của vật liệu này bị rối loạn. PGS Anderson nói: “Từ một bức tranh cơ bản, vật liệu này không thể là kim loại. Không có một lý thuyết vững chắc nào để giải thích điều này."

Xie, Anderson cùng các nhà nghiên cứu phòng thí nghiệm làm việc với các nhà khoa học khác xung quanh trường đại học để cố gắng tìm hiểu, cách vật liệu có thể dẫn điện. Sau nhiều thử nghiệm, mô phỏng và nghiên cứu lý thuyết, nhóm nghiên cứu cho rằng, vật liệu mới tạo thành các lớp liên tiếp, giống như các tấm trong món lasagna (mỳ nướng kiểu Ý). Ngay cả khi các lớp quay sang các bên khác nhau, không còn tạo thành một chồng lasagna gọn gàng, những electron vẫn có thể di chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc, miễn là các lớp chạm vào nhau.

Kết quả cuối cùng là cấu trúc chưa từng có đối với một vật liệu dẫn điện. PGS Anderson nói: “Nó gần giống như Play-Doh (bộ ghép hình) dẫn điện, xếp đặt vào vị trí và vật liệu mới dẫn điện.”

Các nhà khoa học rất hào hứng với kết quả này vì khám phá này cho thấy một nguyên tắc thiết kế mới về cơ bản cho công nghệ điện tử với các lớp vật liệu xếp chồng lên nhau và phát hiện mới này sẽ mở ra những công nghệ mới.

Một trong những đặc điểm hấp dẫn của vật liệu là các lựa chọn mới để chế tạo. Ví dụ như kim loại thường phải được nấu chảy để chế tạo thành hình dạng phù hợp cho một con chip hoặc thiết bị. Yêu cầu này hạn chế những gì có thể tạo ra với chúng, vì những thành phần khác của thiết bị phải có khả năng chịu nhiệt cần thiết để xử lý những vật liệu này trong quá trình chế tạo.

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Vật liệu mới không có hạn chế như vậy do có thể được chế tạo ở nhiệt độ phòng. Vật liệu mới có thể được sử dụng khi nhu cầu về một thiết bị hoặc các phần của thiết bị có thể chịu nhiệt, axit hoặc kiềm, hoặc độ ẩm, điều đã hạn chế những lựa chọn phát triển công nghệ mới của các kỹ sư. Với phương pháp này, có thể chế tạo ra các vật liệu dẫn điện bằng phương pháp in 3D, cho phép tạo đường điện trên bề mặt bất cứ vật liệu nào, không cần thiết phải có các bảng mạch vững chắc gây ô nhiễm môi trường.

Nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá các dạng và chức năng khác nhau của vật liệu này. TS Xie nói: “Chúng tôi có thể làm cho vật liệu thành 2D hoặc 3D, xốp hoặc thậm chí đưa vào các chức năng khác mà không ảnh hưởng đến độ dẫn điện, sử dụng phương pháp thêm vào các trình liên kết hoặc nút khác nhau.”

KHĐS

Có thể bạn quan tâm

Tin cùng chuyên mục

Hệ thống ngân hàng Lào Cai tăng tốc kết nối thanh toán xuyên biên giới

Hệ thống ngân hàng Lào Cai tăng tốc kết nối thanh toán xuyên biên giới

Với đường biên giới dài hơn 182 km tiếp giáp tỉnh Vân Nam (Trung Quốc), là cửa ngõ giao thương quan trọng trên hành lang kinh tế Côn Minh - Lào Cai - Hà Nội - Hải Phòng, hệ thống ngân hàng trên địa bàn tỉnh Lào Cai đã phát huy vai trò là “cầu nối” tài chính, góp phần rút ngắn khoảng cách thanh toán và thúc đẩy hoạt động thương mại qua biên giới Việt - Trung.

Sở Khoa học và Công nghệ phải trở thành đơn vị dẫn dắt phát triển khoa học công nghệ, chuyển đổi số, thúc đẩy đổi mới sáng tạo

Sở Khoa học và Công nghệ phải trở thành đơn vị dẫn dắt phát triển khoa học công nghệ, chuyển đổi số, thúc đẩy đổi mới sáng tạo

Đó là yêu cầu đặt ra đối với Sở Khoa học và Công nghệ của đồng chí Hoàng Giang - Phó Bí thư Thường trực Tỉnh ủy, Chủ tịch HĐND tỉnh, Phó Trưởng Ban Thường trực Ban Chỉ đạo về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số tỉnh Lào Cai tại buổi làm việc với đơn vị chiều 21/5 về kết quả thực hiện nhiệm vụ phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số theo tinh thần Nghị quyết số 57-NQ/TW của Bộ Chính trị.

Lào Cai phấn đấu vào Top 15 cả nước về đổi mới sáng tạo đến năm 2030

Lào Cai phấn đấu vào Top 15 cả nước về đổi mới sáng tạo đến năm 2030

Đó là mục tiêu được đề ra trong Kế hoạch số 232/KH-UBND do Chủ tịch UBND tỉnh Lào Cai Nguyễn Tuấn Anh ký ban hành ngày 17/5/2026, về việc triển khai Phong trào thi đua “Đổi mới sáng tạo, phát triển khoa học, công nghệ, chuyển đổi số, chuyển đổi xanh” trên địa bàn tỉnh Lào Cai giai đoạn 2026 - 2030.

Bản Xèo đưa “một cửa” về thôn: Nâng hiệu quả phục vụ hành chính công vùng cao

Bản Xèo đưa “một cửa” về thôn: Nâng hiệu quả phục vụ hành chính công vùng cao

Thời gian qua, xã Bản Xèo triển khai hiệu quả mô hình “Hành chính công di động”, đưa dịch vụ công trực tiếp về các thôn. Cách làm này giúp người dân thuận tiện hơn trong giải quyết thủ tục hành chính, đồng thời thúc đẩy chuyển đổi số, rút ngắn khoảng cách giữa chính quyền và Nhân dân, hướng tới nền hành chính gần dân, phục vụ và trách nhiệm hơn.

Những "hạt nhân" tiên phong trong kỷ nguyên số và sáng tạo khoa học

Những "hạt nhân" tiên phong trong kỷ nguyên số và sáng tạo khoa học

Với sức trẻ, trí tuệ và sự nhạy bén, thế hệ thanh niên Lào Cai đang khẳng định vai trò nòng cốt trong công cuộc chuyển đổi số quốc gia. Không dừng lại ở khẩu hiệu, họ đã hiện thực hóa khát vọng cống hiến bằng những sáng kiến khoa học - kỹ thuật thiết thực, góp phần thay đổi diện mạo quê hương.

Xã Xuân Quang học tập kinh nghiệm chuyển đổi số, phát triển nông nghiệp công nghệ cao tại xã Thiệu Hóa

Xã Xuân Quang học tập kinh nghiệm chuyển đổi số, phát triển nông nghiệp công nghệ cao tại xã Thiệu Hóa

Nhằm trao đổi, học tập những mô hình hay, cách làm hiệu quả trong phát triển kinh tế - xã hội và triển khai các Chương trình mục tiêu quốc gia, vừa qua, đoàn công tác xã Xuân Quang (tỉnh Lào Cai) đã tổ chức chuyến tham quan, học tập kinh nghiệm tại xã Thiệu Hóa (tỉnh Thanh Hóa).

Từng bước làm chủ các công nghệ chiến lược, khẳng định vị thế Việt Nam trong kỷ nguyên số

Từng bước làm chủ các công nghệ chiến lược, khẳng định vị thế Việt Nam trong kỷ nguyên số

Sáng 18/5, tại Hà Nội, Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng dự Lễ chào mừng Ngày Khoa học, Công nghệ và Đổi mới sáng tạo Việt Nam 18/5 và Hội nghị triển khai công nghệ chiến lược với chủ đề: “Khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số - Động lực chính của mô hình tăng trưởng mới”.

Lào Cai: Đột phá hỗ trợ khoa học công nghệ cho doanh nghiệp chủ lực

Lào Cai: Đột phá hỗ trợ khoa học công nghệ cho doanh nghiệp chủ lực

Trong bối cảnh chuyển đổi số và đổi mới sáng tạo trở thành yêu cầu cấp thiết, tỉnh Lào Cai đang đổi mới cách hỗ trợ doanh nghiệp theo hướng có trọng tâm, trọng điểm. Thay vì dàn trải, tỉnh ưu tiên đồng hành cùng các doanh nghiệp có tiềm năng, sản phẩm chủ lực để tháo gỡ khó khăn về công nghệ, quản trị và chuyển đổi số. Các nhiệm vụ được xây dựng sát nhu cầu thực tế, hướng tới nâng cao giá trị sản phẩm và sức cạnh tranh trên thị trường.

Số hóa hồ sơ – nâng cao hiệu quả giải quyết thủ tục hành chính cho người dân

Số hóa hồ sơ – nâng cao hiệu quả giải quyết thủ tục hành chính cho người dân

Thời gian qua, công tác cải cách hành chính tại các xã, phường trên địa bàn tỉnh Lào Cai có nhiều chuyển biến tích cực, nhất là trong đẩy mạnh chuyển đổi số, số hóa hồ sơ và triển khai dịch vụ công trực tuyến tại vùng cao, vùng đồng bào dân tộc thiểu số. Qua đó, quy trình giải quyết thủ tục hành chính ngày càng công khai, minh bạch, hiện đại, tạo thuận lợi cho người dân và doanh nghiệp.

Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh kiểm tra, nắm bắt tiến độ xây dựng mô hình "Thôn số", "Xã số"

Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh kiểm tra, nắm bắt tiến độ xây dựng mô hình "Thôn số", "Xã số"

Chiều 15/5, tại xã Yên Bình, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh làm việc với UBND các xã Yên Bình, Bát Xát để đánh giá kết quả bước đầu triển khai mô hình “Thôn số”, “Xã số”; đồng thời tháo gỡ khó khăn, vướng mắc và đôn đốc tiến độ thực hiện các tiêu chí theo kế hoạch đề ra.

Lào Cai: Nhiều bài toán chiến lược được đề xuất tại phiên họp thứ nhất Hội đồng Tư vấn khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Lào Cai: Nhiều bài toán chiến lược được đề xuất tại phiên họp thứ nhất Hội đồng Tư vấn khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Sáng 14/5, tại trụ sở UBND tỉnh, Hội đồng Tư vấn khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số tỉnh Lào Cai tổ chức phiên họp lần thứ nhất, năm 2026, nhằm trao đổi, thảo luận bài toán lớn, các chương trình khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số, giai đoạn 2026 - 2030 gắn với Nghị quyết 57.

Người "truyền lửa" chuyển đổi số

Người "truyền lửa" chuyển đổi số

Từ niềm đam mê công nghệ và tinh thần không ngừng đổi mới, thầy giáo Bùi Mạnh Giang, Trường Phổ thông Dân tộc Bán trú Tiểu học số 2 Phong Hải, đã trở thành người tiên phong đưa chuyển đổi số vào quản lý, giảng dạy, góp phần tạo chuyển biến tích cực trong ngôi trường vùng cao.

Người bản số - cầu nối chuyển đổi số ở cơ sở

Người bản số - cầu nối chuyển đổi số ở cơ sở

Là một trong những địa phương vùng cao tiên phong trong công tác chuyển đổi số, tỉnh Lào Cai đã triển khai thí điểm mô hình “Người bản số” nhằm đưa công nghệ đến gần hơn với người dân. Với lực lượng nòng cốt ngay tại thôn, bản, mô hình đang từng bước phát huy vai trò cầu nối, góp phần thúc đẩy chuyển đổi số từ cơ sở một cách thiết thực, hiệu quả.

Cốc San phát động Cuộc thi Chính luận và tập huấn ứng dụng AI trong bảo vệ nền tảng tư tưởng của Đảng

Cốc San phát động Cuộc thi Chính luận và tập huấn ứng dụng AI trong bảo vệ nền tảng tư tưởng của Đảng

Sáng 09/5, Ban Công tác 35 Đảng ủy xã Cốc San tổ chức Hội nghị triển khai Cuộc thi Chính luận về bảo vệ nền tảng tư tưởng của Đảng lần thứ VI năm 2026 và tập huấn kỹ năng ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) trong công tác bảo vệ nền tảng tư tưởng của Đảng.

fb yt zl tw